2020年3月5日 星期四

薛丁格方程式、波函數及波包縮併

一、
1)薛丁格方程式(如下圖)它其實就是表現波的方程式,描述電子像波的行為。
方程式中含虛數i。虛數是數學家所創一般無法想像的特殊數,故此方程式並無實體意義(虛假)。但若將方程式平方後,虛數會消失變成實數-1。
才可能有意義。波本來即意指波動,位置不確定之意。
2)一個系統的波函數是幾個子系統波函數疊加而成。未觀察前,就以各子系統的疊加態而併存,即各子系統均「同時」存在,但各系統以「概率」總和為100%之比例同時存在。
一旦觀察之後,即坍縮(或縮併」為唯一確定的單個子系統。如薛定諤的貓,未觀察前是生及死以概率同時存在。觀蔡後即坍縮成不是生就是死的「確定」經典物理狀態。
3)波耳將波動函數解釋為「代表粒子存在機率的機率波」。
電子槍的實驗中(如下圖):a.打開A孔,得鐘形波,機率PA。
b.打開B孔,得鐘形波,PB。
c.打開A及B孔,得干涉波,PA+B。
機率PA+B不等於PA+PB
3)波函數本身是沒有意義的,它的絕対值的平方才有意義,代表粒子出現在何處的機率分布的預測。所以量子力學只能告訴我們粒子像雲般矇朧,只能用機率表示它的存在。古典力學則指出粒子以點狀實體存在於某個確定位置。
未觀察前所有可能以出現概率同時出現(全部可能的出現概率和為100%,各以什麼概率出現無法預知),觀察後只有其中一個可能會「確定」(100%)出現。
4)量子力學不承認有所謂的電子軌道,以電子雲取代軌道觀念。認為原子核的周圍被矇矓的電子雲所包覆。
4)不觀察電子槍所發射出的電子,所有可能的狀態是「曡加」並存在一起。經由測量,立刻成為一個確定的狀態。測量使原本疊加的狀態收縮成一個確定的狀態,就像好幾個疊加在一起的波包收縮成一個,叫做「波包的縮併」。不管要測量什麼,這個測量行為一定會對「被測量」的対象造成影響。而且測量影響有其最小單位,大約是普朗克常數大小,影響的最小單位雖很小,導致我們日常生活幾乎感覺不到任何影響,但還是一定有。絕不可能「在不影響被測量對象的情形下進行測量」。
二、薛丁格的貓是薛丁格所提出的「思想」實驗,而非實際實驗。
常理是未打開箱子觀察之前,貓不是死就是活,二者選其一。
但量子力學卻認為未觀察前是「死貓」及「活貓」二個狀態的曡加狀態,以即死又活的可能概率存在,也就是活貓可能x%加上死貓100-x%,二種狀態曡加存在。
但觀察後,上述的疊加狀態立即縮併成一種狀態,即死態或活態。
人類的觀測對量子力學的世界造成影響,譲「態疊加」的狀態瓦解。即所謂波函數坍縮或波包縮併。
凡量子都有上述現象。質子、中子、電子、光子都被稱為量

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